水工混凝土与建工混凝土的对比分析

时间：2023-06-02 19:05:38 理工毕业论文我要投稿

相关推荐

水工混凝土与建工混凝土的对比分析

　　建工行业对在混凝土中应用掺合料研究活跃，但工程应用起步较晚，技术进步和标准化发展的空间大，以下是小编为大家整理推荐的一篇探究水工混凝土与建工混凝土对比的论文范文，供大家阅读借鉴。

水工混凝土与建工混凝土的对比分析

　　引言

　　众所周知，建工、水工、港工、公路等行业使用的混凝土，因其功能、施工条件、服役环境等的差异，配制混凝土使用的原材料及其用量存在差异。例如，水工混凝土(本研究指主要用于水电水利工程挡水建筑物的普通混凝土)因必需承担水压力，体积庞大，少则数万立方米，多则数十万乃至数千万立方米(如长江三峡工程的坝体混凝土浇筑量多达约1600×104m3[1]),配制时需要努力降低水泥用量，以减少混凝土的绝热温升值和提高混凝土的抗裂能力;建工混凝土(本研究指主要用于工业与民用建筑工程主体结构的普通混凝土)因主要使用泵送施工，混凝土的流动度要求高(一般为100~220mm).但是，不同行业使用的混凝土，它们的主要原材料都是水泥、砂子、石子、水等，都需要混合、搅拌，所以，混凝土配合比的设计原理和方法是相通的，互相是可以借鉴的。

　　本研究对比分析了水工混凝土与建工混凝土的胶凝材料用量、掺合料和机制骨料的品质要求、骨料的基准含水状态、强度等级的设计龄期、配合比的设计原则等，指出建工混凝土宜加大掺合料应用力度、积极使用机制砂石料、探索使用以饱和面干状态作为混凝土配合比设计时砂石骨料的基准含水状态、延长强度等级的设计龄期和实践强度与耐久性并重的混凝土配合比设计原则，供工程技术人员参考。

　　1水工混凝土与建工混凝土的对比分析

　　1.1胶凝材料用量

　　水工混凝土多为C20、C25、C30的素混凝土，强度等级不高，但抗渗等级相对较高(多为W6~W10),所以水胶比多为0.45~0.55.配制水工混凝土的胶凝材料用量多为140~250kg?m3.DL?T5330-2005《水工混凝土配合比设计规程》(以下简称“DL?T5330-2005”)没有胶凝材料最小用量的限制，但DL?T5144-2001《水工混凝土施工规范》(以下简称“DL?T5144-2001”)规定“大体积内部混凝土的胶凝材料用量不宜低于140kg?m3,水泥熟料含量不宜低于70kg?m3”.建工混凝土依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》(以下简称“JGJ55-2011”)进行配合比设计。根据混凝土种类和水胶比的不同，JGJ55-2011规定了不同的最小胶凝材料用量，见表1.

　　根据有关部门对2012年全国预拌混凝土产量的调查统计，我国C20、C25、C30三个强度等级的混凝土产量占总产量的63.7%.而这些等级的混凝土，与水工混凝土的常用强度等级一致，水胶比一般为0.45~0.60.从表1可知，若设计相同强度等级的素混凝土，水工混凝土的最小胶凝材料用量比建工混凝土少110~140kg?m3(约少50%).因此，建工混凝土的最小胶凝材料用量还可降低。

　　若按每立方米建工混凝土少用10kg水泥、每吨水泥售价350元、每生产1t水泥排放1tCO2估算，以我国2013年预拌混凝土产量11.696亿m3计算[2],则每年可节约水泥1169.6万t,产生经济效益41亿元，减少CO2排放1169.6万t,经济效益、社会效益显而易见。

　　1.2矿物掺合料的应用和品质要求

　　水工混凝土虽然强度等级低，但体积庞大，对混凝土的绝热温升值要求严(一般控制28d的绝热温升值不超过30℃),并因长期承受水压力，对抗渗、抗冻等耐久性能要求也高。所以，设计水工混凝土的配合比时，为减少水泥用量，努力增加粉煤灰、硅灰、磷渣粉、石灰石粉等矿物掺合料的用量，以改善混凝土的性能。粉煤灰、硅灰、磷渣粉分别在1959年、1986年、1994年即被率先应用于在河南三门峡水电站、湖北葛洲坝水利枢纽、云南昭通鱼洞坝体混凝土中[3-5].石灰石粉也从20世纪90年代初起，就在我国普定、岩滩、江垭、汾河二库、白石、黄丹、龙滩、漫湾、大朝山、小湾等大中型水电工程中应用[6].目前，粉煤灰已成为坝体混凝土必不可少的原材料。2008年5月，在贵州光照水电站13#~16#坝段、高程745.50~748.90m处，浇筑了粉煤灰(F类)掺量高达70%(按占胶凝材料总用量的百分比计)的三级配碾压混凝土约1500m3;2008年7月，贵州董箐水电站1#压力钢管回填的C20泵送混凝土的粉煤灰掺量高达60%;贵州石桠子水电站从2010年5月24日起浇筑的三级配碾压混凝土的粉煤灰掺量也高达70%.另外，硅灰、磷渣粉、石灰石粉在水工混凝土的掺量已分别达到5%~20%、30%~60%、30%左右，并形成了一系列水工混凝土掺用粉煤灰、磷渣粉、石灰石粉等矿物掺合料的技术规范。

　　建工行业对在混凝土中应用掺合料研究活跃，但工程应用起步较晚，技术进步和标准化发展的空间大。在我国，粉煤灰应用于建工混凝土始于上世纪六七十年代，但人们很长时间难以接受粉煤灰混凝土[3].并且，从技术标准和实际工程使用掺合料的情况看，建工行业的掺量总体比水工少。例如，JGJ55-2011规定，在使用普通硅酸盐水泥浇筑基础大体积混凝土时，粉煤灰(F类)、硅灰、磷渣粉的最大掺量不宜超过40%、10%、20%.可喜的是，辽宁、北京等地在近三年先后颁布了《混凝土矿物掺合料应用技术规程》，国家首次颁布的标准GB?T50912-2013《钢铁渣粉混凝土应用技术规程》也从2014年5月1日起开始实施，建工行业首次发布的标准JG?T317-2011《混凝土用粒化电炉磷渣粉》、JGJ?T308-2013《磷渣混凝土应用技术规程》和JGJ?T318-2014《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》又分别于2011年10月1日、2014年2月1日和2014年10月1日起实施。同时，随着大中城市普遍推行预拌混凝土和国家、地方一系列促进固体废弃物综合利用政策的1能的广泛认同，粉煤灰已逐渐成为生产预拌混凝土的重要原材料。还有，随着超高层、大跨度建筑物的增多和高效减水剂的减水率提升，高强高性能混凝土的需求量上升和硅灰的增强效应被人们所认识，硅粉的应用量也日益攀升。

　　现将现行建工行业、水电水利行业相关技术标准对粉煤灰、硅灰、磷渣粉、石灰石粉的技术要求汇总于表2~5.从以上表格中的数据可知，建工行业、水电水利行业除对粉煤灰、硅灰的品质要求相同外，对磷渣粉、石灰石粉的品质要求存在差异。并且，总体而言，建工行业对磷渣粉的品质要求比水工高，对石灰石粉的品质要求比水工低。

　　例如，建工行业对磷渣粉的比表面积和活性指数的要求分别比水电水利行业高50m2?kg和10%,对石灰石粉的CaCO3含量和亚甲蓝值的要求分别比水电水利行业低10%和0.4g?kg.

　　另外，若建工行业加大矿物掺合料在混凝土(尤其是大体积混凝土)的应用力度，按每立方米混凝土多用10kg掺合料和以我国2013年预拌混凝土产量11.696亿m3估算，则每年多消化固体废弃物1169.6万m3,经济效益、社会效益显着。

　　1.3机制砂石料的应用和品质要求

　　水电站因修建在深山峡谷地区，坝基和左右两岸要求基岩稳定。所以，水电站拥有天然的砂石料加工场。在我国，机制砂石料于20世纪60年就开始应用于水工混凝土。早在1963年颁发的《水工建筑物混凝土及钢筋混凝土施工技术暂行规范》，就对机制砂石料了提出了具体要求。

　　目前水电水利行业使用的规范DL?T5144-2001对机制砂的主要品质指标规定为：石粉含量6%~18%、无泥块存在、硫化物及硫酸盐含量不超过1%、云母含量不超过2%、细度模数宜控制在2.4~2.8范围内、饱和面干含水率不宜超过6%;对机制碎石的主要品质指标规定为：针片状含量不超过15%、以超逊径筛检验的超径为0、逊径小于2%、吸水率不超过2.5%、D20和D40粒径级的含泥量不超过1%、D80和D150(D120)粒径级的含泥量不超过0.5%、无泥块存在。

　　建工行业使用机制砂石料生产混凝土，除贵州、云南等地因特殊的地理环境导致天然砂石料资源稀少而使用较多外，我国建工行业总体起步晚，直到2012年才首次发布行业标准JGJ?T241-2011《人工砂混凝土应用技术规程》。2014年5月编制完成的行业标准《机制砂石生产技术规程(报批稿)》已提交，有望在2015年实施。表6、7中列出了建工行业标准JGJ52-2006《普通混凝土用砂石质量及检验方法标准》和JGJ?T241-2011对砂石料的要求。

　　但是，即使建工行业发布了人工砂的应用技术规范，习惯了应用天然砂的建工领域(特别是预拌混凝土生产企业)仍然有人对使用机制砂拌制的混凝土忧心忡忡，或是仅接受由鹅卵石破碎的机制砂或与天然砂混用的混合砂(这种砂的外观与天然砂很接近，易推广),导致机制砂应用步履蹒跚。

　　从表6、7和前述看出，建工混凝土用砂的石粉含量只有最高掺量限制，没有最低掺量限制;水工混凝土用砂的石粉含量有最低、最高掺量限制，且允许的最高掺量比建工行业高得多(水工碾压混凝土中砂的石粉(d≤0.16mm颗粒)含量控制值更是高达12%~22%[7]).从这一点讲，水电水利行业很多年前就认识并利用石粉的填充、密实作用和对混凝土拌合物和易性的改善作用。另外，建工混凝土在砂石料中允许存在少量泥块，而水工混凝土不允许存在泥块;水工混凝土用砂子的细度模数、含水率控制比建工严格;对于同强度等级混凝土而言，建工混凝土用石料的针片状允许含量、含泥量比水工混凝土放得宽，且建工混凝土用石料没有超逊径和吸水率规定，而水工混凝土有严格限制。至于对云母、硫化物及硫酸盐等有害物质含量的限制，则两行业的要求相同。

　　特别指出的是，为减少骨料颗粒之间的空隙体积、降低胶凝材料用量和提高混凝土的密实度，水电水利行业将粗骨料破碎成小石(粒径5~20mm)、中石(粒径20~40mm)、大石(粒径40~800mm)、特大石(粒径80~120mm或150mm)四种粒级，且主张选用最大粒径较大的粗骨料[8],而建工混凝土所用的粗骨料没有这样的生产和使用要求。

　　总体而言，水工混凝土对砂石料的品质要求比建工混凝土高，其目的是尽量降低砂石料的空隙率、提高混凝土的密实度和努力减少胶凝材料的用量。

　　1.4砂石料的基准含水状态

　　水工混凝土进行配合比设计和试验时，对用水量及其波动的控制非常严格，其中要求砂石料以饱和面干状态来计算用量。然而，建工混凝土进行配合比设计和试验时，砂石料是以干燥状态为基准。饱和面干状态的砂子及石子，既不向混凝土拌合物中吸取水分，也不向混凝土拌合物中带入水分，这有利于控制混凝土搅拌时的单位用水量波动，从而减少混凝土的坍落度、强度、抗渗等技术指标的波动，提高混凝土质量的控制水平。

　　1.5混凝土强度等级的设计龄期

　　水工混凝土因大量使用掺合料，早期强度低。尤其是掺入粉煤灰、磷渣粉的混凝土，虽早期低，但后期强度提高。所以，长期以来，水工混凝土强度等级的设计龄期为90d.一般而言，粉煤灰混凝土90d龄期的抗压强度比28d提高35%~60%左右。因此，若混凝土的强度等级以90d为设计龄期，则达到相同强度，可降低水泥用量约20%.实践表明，以90d作为设计龄期，不仅充分利用了混凝土的后期强度增长值，降低了水泥用量，节约了成本，促进了掺合料在水工混凝土的应用，而且明显改善了混凝土的性能，尤其是耐久性。

　　然而，多年来，除个别工程外，建工混凝土强度等级的设计龄期一直为28d.在大力推行低碳、绿色发展的今天和未来，在掺合料必将越来越多地应用于建工混凝土的大趋势下，建议建工混凝土(尤其是使用粉煤灰、磷渣粉的混凝土)的强度等级使用60d(甚至90d)作为设计龄期。

　　1.6混凝土配合比的设计原则

　　为保障水工建筑物的长期安全运行，水工混凝土配合比设计时，坚持强度与耐久性并重的原则。即不仅要满足抗压强度要求，还要满足极限拉伸值、抗压弹性模量、徐变等力学指标和绝热温升值、导温、导热、比热、线膨胀系数等热学指标，以及要满足抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗冲刷、抗碳化等耐久性指标[8,9].在水工混凝土配合比设计的初选水胶比阶段，即要求初选的水胶比，不仅要满足设计对混凝土强度的要求，还应不超过现行规范DL?T5144规定的水胶比最大允许值(见表8)和满足设计规定的抗渗、抗冻等级等要求[8].

　　由表8可见，在相同服役环境中，水工混凝土的水胶比最大允许值比GB50010-2010《混凝土结构设计规范》规定的设计使用年限为50年的建工混凝土结构的最大水胶比要求严。

　　水工混凝土的强度与耐久性并重的配合比设计原则，为水工建筑物的长期安全运行提供了重要的技术保障。该原则与2014年8月由住房与城乡建设部、工业与信息化部联合颁布的《关于推广应用高性能混凝土的若干意见(建标[2014]117号)》规定的高性能混凝土的结构设计理念不谋而合。或者说，水工混凝土为建工混凝土(特别是高性能混凝土)实践“强度与耐久性并重”的设计理念积累了宝贵经验。

　　2结论

　　(1)建工混凝土宜加大粉煤灰、硅灰、矿渣、石灰石粉等掺合料的应用力度，这不仅可以降低胶凝材料用量、减少水泥用量和改善混凝土的性能，还可加大固体废弃物的综合利用量，促进资源节约和节能减排。

　　(2)建工混凝土应积极使用机制砂，甚至可大胆探索人工级配粗骨料的应用，这不仅可缓解天然砂石料资源日益枯竭、混凝土需求量越来越大的矛盾，还可降低胶凝材料用量和改善混凝土的性能。

　　(3)在设计建工混凝土的配合比时，建议逐步使用以饱和面干状态作为砂石骨料的基准含水状态，以进一步提高混凝土质量的控制水平。

　　(4)基于使用掺合料(特别是粉煤灰、磷渣粉)的建工混凝土，建议其强度等级的设计龄期从目前的28d延迟至60d,甚至90d.

　　(5)水工混凝土的强度与耐久性并重的配合比设计原则与工程应用实例，对建工混凝土(特别是高性能混凝土)贯彻落实该原则具有较高的借鉴价值。

　　参考文献：

　　[1]陈文耀，李文伟.三峡工程混凝土试验研究及实践[M].北京：中国电力出版社，2005.

　　[2]沈冰.2013年混凝土与水泥制品行业步入攻坚期---调整结构提质增效转型发展[J].混凝土世界，2014(5):10-16.

　　[3]钱觉时.粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M].北京：科学出版社，2002.

　　[4]邓云龙，吴爱芹，罗金垒.硅灰在混凝土中的应用进展[J].江苏建材，2013(1):29-30.

　　[5]金双全，朱育岷，陈丽琴.磷渣粉用作碾压混凝土掺合料的研究和应用[J].红水河，2012,31(3):43-45,48.